一种镀铋电镀液及铋薄膜的脉冲电镀方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及种镀铋电镀液，本发明还涉及一种铋薄膜的脉冲电镀方法。
【背景技术】
[0002]近年来迅速发展起来脉冲电镀技术已充分展现出许多传统电镀方法所不可比拟的优越性，脉冲电镀工艺能够使镀层结晶细化、排列紧密、孔隙减少、硬度增加。鉴于以上优点而被广泛用于各类单金属或合金镀层薄膜的电化学制备。
[0003]电镀液分含氰化物镀液和无氰镀液，其中含氰电镀液稳定可靠、电流效率高、有良好的分散能力和覆盖能力，所得镀层结晶细致且光亮，被世界各国所普遍采用。但由于氰化物毒性强，在作业环境、废液处理方面存在很多问题，特别是随着人们环保意识的提高，低毒性的无氰电镀技术正逐渐得到世界各国的高度重视，所以无氰镀液体系的研究推广已势在必行。
[0004]铋是过渡态的斜方晶系金属，既具有共价键，又具有金属键，这种结构使其具有一系列特殊的物理化学特性，被广泛地应用于易熔合金、冶金添加剂、制药、化学制品、半导体、超导材料、电镀、电池等多个领域。常温下铋在干、湿条件下都具有抗氧化性，无氧时铋不溶于盐酸，不受H2s和冷的稀硫酸作用，所以电镀铋可作装饰性或保护性镀层。近年来，随着铋工业的发展，以及人们对环境保护的重视，绿色、环保、无铅化潮流将为铋系列产品深加工提供良好的发展前景。目前关于铋薄膜制备方法的报道几乎没有，因此，研究制备铋薄膜对“绿色金属”铋的开发应用及新材料研究具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的第一个技术问题是针对技术现状提供一种环保的镀铋电镀液。
[0006]本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种铋薄膜的脉冲电镀方法。
[0007]本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种镀铋电镀液，包括如下浓度的组分:硫酸铋30?100g/L、酒石酸钾钠60?200g/L、柠檬酸钾20?50g/L、酒石酸锑钾或乙二胺四乙酸二钠0.10?0.25g/L、氯化钾30?60g/L、稳定剂2?8ml/L，其余为溶剂A，所述溶剂A为水;
[0008]所述稳定剂包括聚乙二醇1.5?6g/L、维生素C 1.0?5.0g/L、次亚磷酸钠6?25g/L，其余为溶剂B，所述溶剂B为水。
[0009]本发明采用无氰镀液体系、绿色环保、且性能稳定，选用硫酸铋作为镀液主盐，氯化钾为导电盐，以酒石酸盐为主配位剂，降低了镀液中游离态的Bi3+离子的存在，解决了铋盐的易水解问题。从而使得镀液能够在pH值为7.5?11.5的条件下稳定存在，同时也提高了阴极极化能力。
[0010]优选的，所述稳定剂通过如下步骤制备而得，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C ;将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却至室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素C的混合溶液中，得到所述的稳定剂。
[0011]作为改进，所述镀铋电镀液还包括表面活性剂0.005?0.015g/L，所述表面活性剂为十—烧基硫酸纳。
[0012]本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种使用上述的镀铋电镀液的铋薄膜的脉冲电镀方法，包括如下步骤:
[0013]a.按配比配制电镀液；
[0014]b.脉冲电镀，将电镀液注入电镀设备中，以铜片为阴极、纯金板为阳极，进行电镀，沉积在阴极铜片表面的膜即制得的铋薄膜，电镀的工艺条件为，电流密度为0.55?0.85A/dm2、频率为500?700Hz、占空比为1:7?1:11、电镀液温度为25?50°C、pH值为7.5 ?11.5。
[0015]本发明以脉冲电沉积的方法，通过控制脉冲参数以及改变镀液中添加剂的成分，对铋镀层性能实施有效的控制，制备出的铋薄膜具有表面平滑光亮、孔隙率低、结合力好、厚度易控等特点。
[0016]优选的，所述阴极与阳极之间的间隔距离为5?8cm。
[0017]优选的，所述电镀用电源为单脉冲电镀电源。
[0018]优选的，所述阳极中金的质量百分含量彡99.99%。
[0019]优选的，步骤a中所述溶剂A为蒸馏水或去离子水。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明镀铋电镀液稳定性较好、使用寿命长，并且具有较高的分散及覆盖能力，导电性能强；脉冲电源的使用，降低了浓差极化，提高了电流效率；采用本发明可以制备出表面致密平整、孔隙率低、结合力好、薄膜厚度可以在5μπι以上的铋薄膜材料。另外，本发明制备工艺简单、容易操作、实用性强。铋作为可安全使用的“绿色金属”，优质的铋薄膜在电子材料与元器件工业等应用领域中具有广阔的应用前景。
【具体实施方式】
[0021]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0022]实施例1
[0023]一种脉冲电镀工艺制备铋薄膜的方法，包括下列步骤:
[0024]a、配制电镀液，主要按硫酸铋30g/L、酒石酸钾钠100g/L、柠檬酸钾50g/L、酒石酸锑钾0.25g/L、氯化钾50g/L、十二烷基硫酸钠0.015g/L、稳定剂2ml的组成和含量，取各组分、与溶剂A水混合,用氢氧化钾水溶液(可以是质量百分比浓度为40%的氢氧化钾水溶液，后同)调节混合溶液的pH值为7.5?8.5，制得电镀液；
[0025]电镀液中的稳定剂按聚乙二醇1.5g/L、维生素C 1.0g/L、次亚磷酸钠6g/L的组成和含量，取各组分、与溶剂B水混合；而且稳定剂通过如下步骤制备而得，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C;将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却至室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素C的混合溶液中，得到稳定剂；
[0026]b、脉冲电镀，将电镀液注入电镀设备中，以铜片为阴极、纯金板为阳极，在电流密度为0.55A/dm2、频率为500Hz、占空比为1:7、电镀液温度为45°C、极间距为6cm、pH值为
7.5?8.5的工艺条件下进行电镀，沉积在阴极铜片表面的膜即制得的铋薄膜。
[0027]所得铋薄膜经检测，表面致密平整、孔隙率低、结合力好，厚度可以在5μπι以上。
[0028]实施例2
[0029]一种脉冲电镀工艺制备铋薄膜的方法，包括下列步骤:
[0030]a、配制电镀液，主要按硫酸铋80g/L、酒石酸钾钠190g/L、柠檬酸钾50g/L、酒石酸锑钾0.25g/L、氯化钾50g/L、稳定剂4ml的组成和含量，取各组分、与溶剂A水混合，用氢氧化钾水溶液调节混合溶液的pH值为8.5?9.5，制得电镀液；
[0031]电镀液中的稳定剂按聚乙二醇4g/L、维生素C 3.0g/L、次亚磷酸钠15g/L的组成和含量，取各组分、与溶剂B水混合；而且稳定剂通过如下步骤制备而得，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C;将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却至室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素C的混合溶液中，得到稳定剂；
[0032]b、脉冲电镀，将电镀液注入电镀设备中，以铜片为阴极、纯金板为阳极，在电流密度为0.65A/dm2、频率为600Hz、占空比为1:8、电镀液温度为35°C、极间距为7cm、pH值为
8.5?9.5的工艺条件下进行电镀，沉积在阴极铜片表面的膜即制得的铋薄膜。
[0033]所得铋薄膜经检测，表面致密平整、孔隙率低、结合力好，厚度可以在5μπι以上。
[0034]实施例3
[0035]一种脉冲电镀工艺制备铋薄膜的方法，包括下列步骤:
[0036]a、配制电镀液，主要按硫酸铋100g/L、酒石酸钾钠200g/L、柠檬酸钾50g/L、氯化钾60g/L、EDTA(乙二胺四乙酸二钠)0.25g/L、稳定剂8ml的组成和含量，取各组分、与溶剂A水混合，用氢氧化钾水溶液调节混合溶液的pH值为9.5?11.5，制得电镀液；
[0037]电镀液中的稳定剂按聚乙二醇6g/L、维生素C 5.0g/L、次亚磷酸钠25g/L的组成和含量，取各组分、与溶剂B水混合；而且稳定剂通过如下步骤制备而得，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C ;将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却至室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素C的混合溶液中，得到稳定剂；
[0038]b、脉冲电镀，将电镀液注入电镀设备中，以铜片为阴极、纯金板为阳极，在电流密度为0.75A/dm2、频率为700Hz、占空比为1:9、电镀液温度为45°C、极间距为8cm、pH值为
9.5?11.5的工艺条件下进行电镀，沉积在阴极铜片表面的膜即制得的铋薄膜。
[0039]所得铋薄膜经检测，表面致密平整、孔隙率低、结合力好，厚度可以在5μπι以上。
[0040]以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【主权项】
1.一种镀铋电镀液，其特征在于，包括如下浓度的组分:硫酸铋30?100g/L、酒石酸钾钠60?200g/L、柠檬酸钾20?50g/L、酒石酸锑钾或乙二胺四乙酸二钠0.10?0.25g/L、氯化钾30?60g/L、稳定剂2?8ml/L，其余为溶剂A，所述溶剂A为水； 所述稳定剂包括聚乙二醇1.5?6g/L、维生素C 1.0?5.0g/L、次亚磷酸钠6?25g/L,其余为溶剂B，所述溶剂B为水。2.根据权利要求1所述的镀铋电镀液，其特征在于:所述稳定剂通过如下步骤制备而得，将次亚磷酸钠溶于水中，在搅拌下加入维生素C ;将聚乙二醇溶于热水中，然后冷却至室温；在搅拌下把聚乙二醇溶液加到次亚磷酸钠和维生素C的混合溶液中，得到所述的稳定剂。3.根据权利要求1所述的镀铋电镀液，其特征在于:所述镀铋电镀液还包括表面活性剂0.005?0.015g/L，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠。4.一种使用权利要求1至3中任一项所述的镀铋电镀液的铋薄膜的脉冲电镀方法，其特征在于，包括如下步骤: a.按配比配制电镀液； b.脉冲电镀，将电镀液注入电镀设备中，以铜片为阴极、纯金板为阳极，进行电镀，沉积在阴极铜片表面的膜即制得的铋薄膜，电镀的工艺条件为，电流密度为0.55?0.85A/dm2、频率为500?700Hz、占空比为1:7?1:11、电镀液温度为25?50°C、pH值为7.5?11.5。5.根据权利要求4所述的脉冲电镀方法，其特征在于:所述阴极与阳极之间的间隔距离为5?8cm。6.根据权利要求4所述的脉冲电镀方法，其特征在于:所述电镀用电源为单脉冲电镀电源。7.根据权利要求4所述的脉冲电镀方法，其特征在于:所述阳极中金的质量百分含量彡 99.99%。8.根据权利要求4所述的脉冲电镀方法，其特征在于:步骤a中所述溶剂A为蒸馏水或去离子水。
【专利摘要】本发明公开了一种镀铋电镀液及铋薄膜的脉冲电镀方法，其中镀铋电镀液包括如下浓度的组分：硫酸铋30～100g/L、酒石酸钾钠60～200g/L、柠檬酸钾20～50g/L、酒石酸锑钾或乙二胺四乙酸二钠0.10～0.25g/L、氯化钾30～60g/L、稳定剂2～8ml/L，其余为溶剂A，所述溶剂A为水；所述稳定剂包括聚乙二醇1.5～6g/L、维生素C1.0～5.0g/L、次亚磷酸钠6～25g/L，其余为溶剂B，所述溶剂B为水。与现有技术相比，本镀铋电镀液稳定性较好、使用寿命长，并且具有较高的分散及覆盖能力，导电性能强；脉冲电源的使用，降低了浓差极化，提高了电流效率。
【IPC分类】C25D3/54, C25D5/18
【公开号】CN105483771
【申请号】CN201410469807
【发明人】潘增炎
【申请人】无锡杨市表面处理科技有限公司
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2014年9月15日